物理光学-第三章-光的干涉3.19-.ppt

物理光学;前言

§1两束单色光的干涉

§2分波面干涉

§3分振幅双光束干涉

§4多光束干涉

§5薄膜光学基础

§6光波的相干性

;丰富多彩的干涉现象;白光下的油膜;一．两束平面波的干涉

设空间一点P(r)叠加的两个平面波为：;讨论：若，两列波的交叠波场的强度分布不是简单的两列波强度之和。则称光波在该空间域内发生了干涉;关于位相因子的讨论;2在(3.1.1)式中，括号{}里的第一项为和频项，由于其频率非常高，其时间平均值总是为零。

第二项为差频项，当时，其时间平均值也为0，只有当ω2=ω1时，;2.从普通光源中获得相干光的原则;（1）分波阵面法：从一次发光的波面上取出几部分—分割波前再相遇,S1,S2满足相干条件

;（2）分振幅法：采用一个或几个反射面，使光在其表面一部分反射，一部分折射，以此获得相干光

;注意：

1.两光波在某空间域内发生了干涉时，其能量密度在空间的分布发生了变化。（和两光波独自存在时的能量密度之和不同）

2.各个分量波相互叠加且发生了干涉的空间域称为干涉场

3.若在三维干涉场中放置一个二维的观察屏，则屏上将出现

的稳定的辐照度分布图形，称之为干涉条纹或干涉图形。

4.影响光干涉的因素是光源和干涉装置，而干涉图形则是对

光的干涉的观察，所以光的干涉问题包括光源、干涉装置和

干涉图形三个要素

干涉问题研究这三个要素之间的关系，即从两个已知的要素

求出第三个要素。

;（三）、干涉场强度公式：

设符合相干条件的两束平面波的波函数分别为：

;余弦函数的位相为：;(四)、干涉场强度分布特点

1、等强度面

在三维场中等强度面就是等位相差面

因此对于两束平面波干涉而言，等强度面的方程可表示为：;2、极值强度面

最大强度面应该满足的条件为：;分析：当两个相干光波E1和E2叠加时

1.位相差等于π的偶数倍的那些点，发生了相长的干涉，干涉强度取极大值；

2.位相差等于π的奇数倍的那些点，发生了相消的干涉，干涉强度取极小值。于是在三维干涉场中出现了一系列周期排列的强度极大和极小的面。

3.公式中的整数m称为干涉级，m为整数时，代表最大强度的干涉级。??这个意义上讲，干涉级m也可以取分数，这时m表示任意等强度面的干涉级。

m也可以表征两个相干光波的位相差(=2mπ)或者光程差(Δ=mλ)。;3、干涉强度的空间频率和空间周期

空间频率:描述强度I(r)周期性变化的速率。

矢量f:是I(r)的空间频率，f的方向即为考察方向，其模值|f|表示I(r)在考察方向上单位距离之内变化的周期数。;可得出

;Π1垂直于f，该平面上|f1|=0，

干涉条纹为无限宽条纹

Π2平行于f，有|f2|=2sin(θ/2)/λ，

干涉条纹为平行等距直条纹；;5、干涉条纹的反衬度：

当两束光波满足获得稳定干涉的条件时有：;分析：

当Im=0时，V=1，反衬度最大，条纹最清晰

当Im=IM时，V=0，反衬度最小，条纹消失

条纹的反衬度总是在[0,1]之间变化;设两相干平面波的强度比(又称光束比)I2/I1=ε，条纹反衬度：;满足相干条件两束球面波在空间相遇叠加，会产生稳定的干涉

相干球面波：满足相干条件的球面波

相干点光源：如果两个点光源发射的球面波叠加时能够产生干

涉现象，可以称这两个点光源为相干点光源;1、光程

两球面波在P点的电场振动分别为：;2光程差

若两个光波发生干涉，其干涉场强分布为：;在远离S1和S2的区域内，I1(P)和I2(P)的变化要比余弦项的变化慢得多。因此，可近似地用等光程面代替等强度面;(2)、极值强度面和局部空间频率

最大强度面应该满足的条件为：;局部空间频率f：;4、二维观察屏面上干涉条纹的性质

(1)、观察屏垂直于y轴放置

观察面Π放置在书中图3.1.6中的y=y0=常数的平面上，考察范

围集中在y轴附近，使得x、z值均远小于y0，y0l，则：;该组条纹也只有在x方向上的空间频率：

条纹间距(空间周期)为：;(2)、观察屏垂直于x轴放置

观察屏放置在书中图3.1.6中x=x0=常数的平面Π?上，等光

程差面与Π?平面的交线为;分别对上式两端微分，得到：

;在f不是常数的情形下，条纹间距需通过积分进行计算。

设Π?面上ρ=0点(位于x轴上)的干涉级为m0

用p=m0-m表示某一极径ρ处的“条纹序号”，则：;;物理光学;满足相干条件两束球面波在空间相遇叠加，会产生稳定的干涉;(2)、极值强度面和局部空间频率

最大强度面应该满足的条件为：;;第二节分波面干涉;2.强度分布;S1，S2的初相：;a.;傍轴近似下的简化，假设n=1;2I0;1)干涉现象并没有使